(57)【要約】【課題】被加熱体に対する加熱力の分布を均一にし、被加熱体を均等に加熱する。【解決手段】渦巻形の加熱コイル２により被加熱体１に渦電流を生じさせ、被加熱体１を加熱する電磁誘導加熱装置において、加熱コイル２を複数個に分割し、これらの分割コイル４〜７を互いに隣り合わせて配列する。従来一般の単一コイルは発生磁束相互の影響から磁束密度に粗密が生じ、被加熱体を均等に加熱することができない。加熱コイル２を複数個に分割し、これらの分割コイル４〜７を互いに隣り合わせて配列することにより、磁束密度の粗密を緩和し、被加熱体１に生じる渦電流の大小を平均化して被加熱体１の均等加熱を実現することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦巻形の加熱コイルにより被加熱物に渦電流を生じさせ、前記被加熱物を加熱する電磁誘導加熱装置において、
前記加熱コイルを複数個に分割し、これらの分割コイルを互いに隣り合わせて配列したことを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【請求項２】
隣接する２つの前記分割コイルの電流方向を互いに反対にしたことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱装置。
【請求項３】
隣接する特定の２つの前記分割コイルのみは電流方向を互いに同一にして、前記被加熱物に対する加熱力分布を変えるようにしたことを特徴とする請求項２記載の電磁誘導加熱装置。
【請求項４】
複数個の前記分割コイルを互いに直列に接続するとともに、これら分割コイルの両端の接続関係を変えて前記電流の方向を定めるようにしたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の電磁誘導加熱装置。
【請求項５】
前記各分割コイルと前記被加熱物との距離を変えて前記被加熱物に対する加熱力の分布を変えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱装置。
【請求項６】
前記分割コイルの一部を折り曲げて、この部分と前記被加熱物との距離を変えるようにしたことを特徴とする請求項５記載の電磁誘導加熱装置。
【請求項７】
前記各分割コイルの巻き密度を変えて前記被加熱物に対する加熱力の分布を変えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱装置。
【請求項８】
裸線からなる前記加熱コイルを無機質高耐熱性の絶縁体で保持し、この絶縁体を介して前記加熱コイルを前記被加熱物に固定したことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、渦巻形の加熱コイルにより被加熱体を誘導加熱する電磁誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導加熱装置は加熱コイルに交番電流を流すことにより、加熱コイルの磁束を被加熱体に鎖交させて渦電流を誘起し、抵抗損により被加熱体を発熱させるものであるが、特に加熱コイルとして渦巻形コイルを用いたものは平板状の被加熱体の加熱に適し、例えば特許文献１に記載されたような電磁調理器などに応用されている。
【０００３】
図７は鉄板などの板材を加熱する従来の電磁誘導加熱装置の原理図で、図７の（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は同じくＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図７において、板状の磁性材からなる被加熱体１と平行に、渦巻形の加熱コイル２が隙間を介して配置され、加熱コイル２は電磁誘導電源３に接続されている。いま、電源３から加熱コイル２に交番電流を供給すると、加熱コイル２の磁束が被加熱体１と鎖交し、図７（Ａ）にハッチングで示したような範囲に渦電流が生じ、被加熱体１は抵抗損により発熱する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−４３０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７の（Ｂ）及び（Ｃ）に一点鎖線で示した曲線は、被加熱体１に対する加熱コイル２の加熱力（渦電流）の分布を示すものである。加熱コイル２の発生磁束は、磁束相互の影響から被加熱体１の平面内で磁束密度に粗密を生じ、被加熱体１を流れる渦電流も磁束密度に略比例し大きいところと小さいところが生じる。その結果、渦電流は図示の通り、コイル巻き幅（図示ｗ）の略中心付近を頂点として、巻き幅の端に向かって減少し、被加熱体１はドーナッツ状態に加熱される。そのため、平面内の温度分布が不均一になり、被加熱体１を歪ませたり、被加熱体１の上に置いた物体の加熱を不均一にしたりする。
【０００６】
この発明の課題は、加熱コイルによる被加熱体に対する加熱力の分布を均一にし、もって被加熱体を均等に加熱することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は、渦巻形の加熱コイルにより被加熱体に渦電流を生じさせ、前記被加熱体を加熱する電磁誘導加熱装置において、前記加熱コイルを複数個に分割し、これらの分割コイルを互いに隣り合わせて配列するものである（請求項１）。
【０００８】
従来の加熱コイルは一般に単一であり、またいくつかに分割されていても、例えば上記した特許文献１にも示されているように、それらの分割コイルは互いに同心的に配置されている。このような従来構成においては、発生磁束相互の影響から磁束密度に粗密が生じ、すでに述べたように加熱力に大小が生じて被加熱体を均等に加熱することができない。請求項１の発明は加熱コイルを複数個に分割し、これらの分割コイルを互いに隣り合わせて配列する。これにより、磁束密度の粗密現象を緩和し、被加熱体に生じる渦電流の大小を平均化して被加熱体の均等加熱を実現するものである。
【０００９】
請求項１の発明において、隣接する２つの前記分割コイルの電流方向は互いに反対にする（請求項２）。これにより、隣接する加熱コイル相互の渦電流の干渉による加熱力の低下を避けることができる。
【００１０】
請求項２の発明において、隣接する特定の２つの前記分割コイルのみは電流方向を互いに同一にして、前記被加熱体に対する加熱力分布を変えるようにすることができる（請求項３）。例えば、被加熱体の中央部分は熱が集まりやすいため、温度が上がりやすい。その場合、被加熱体の中央部分に位置する２つの分割コイルの電流方向を互いに同一にすれば、この２つの分割コイルの中間で向きの異なる渦電流同士が干渉して加熱力が弱まり、温度上昇が緩和される。
【００１１】
請求項２又は請求項３の発明において、複数個の前記分割コイルを互いに直列に接続し、これら分割コイルの両端の接続関係を変えて前記電流の方向を定めるようにするとよい（請求項４）。
【００１２】
請求項１の発明において、前記各分割コイルと前記被加熱体との距離を変えて前記被加熱体に対する加熱力の分布を変えるようにすることができる（請求項５）。その場合、前記分割コイルの一部を折り曲げて前記被加熱体から離し、この部分と前記被加熱体との距離を変えるようにすることができる（請求項６）。
【００１３】
請求項１の発明において、前記各分割コイルの巻き密度を変えて前記被加熱体に対する加熱力の分布を変えるようにしてもよい（請求項７）。
【００１４】
請求項１の発明において、裸線からなる前記加熱コイルを無機質高耐熱性の絶縁体で保持し、この絶縁体を介して前記被加熱体に固定するとよい（請求項８）。裸線を使用することにより、温度分布調整のために加熱コイルを被加熱体に接近させた場合に、通常のコイル絶縁では被加熱体からの放射熱により絶縁耐力が損なわれるような近距離でも加熱コイルの損傷の危険性がなくなる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、加熱コイルを複数個に分割し、これら分割コイルを互いに隣り合わせて配列することにより、単一コイルにおける加熱力の強弱を平均化し、全体として被加熱体の温度分布の均等化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１〜図６に基づいて、この発明の実施の形態を説明する。なお、従来例と対応する部分には同一の符号を用いるものとする。
【実施例１】
【００１７】
図１は、この発明の基本的な実施の形態としての実施例１を示し、図１の（Ａ）は加熱装置の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は同じくＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図１において、加熱コイル２は複数個（図示は４個）の長円形の平板な分割コイル４〜７に分割され、これらの分割コイル４〜７は互いに隣り合うように、被加熱体１と平行にかつ被加熱体１との間に隙間を介して配列されている。また、隣り合う分割コイル同士は一方の分割コイル４〜７の巻き始めが他方の分割コイル４〜７の巻き終わりに接続され、互いに直列に電磁誘導電源３に接続された各分割コイル４〜７の電流の方向は、矢印で示すように交互に逆になっている。
【００１８】
図１（Ａ）にハッチングにより範囲を示した加熱力（渦電流）は、図１の（Ｂ）及び（Ｃ）に一点鎖線で示した強弱で分布する。まず、分割コイル４〜７の配列方向（図１の上下方向）については、各分割コイル４〜７による渦電流が互いに強め合う隣接コイル間で頂点になる渦電流の山が複数個（図示は３個）生じ、それよりも小さい山が分割コイル４及び７により図１（Ａ）の上下両端に生じている。すなわち、加熱コイル２を複数個に分割したことにより、渦電流の分布の山が複数個（図示は５個）生じ、それらの大きさは単一コイルに比べて小さくなっている。その結果、被加熱体１の幅方向（図１の上下方向）の加熱力の強弱は単一コイル（図７）に比べて緩和され、温度分布もなだらかに均等化される。
【００１９】
また、分割コイル４〜７の長手方向（図１の左右方向）については、両端の巻き幅の略中央で頂点になる２つの山が生じるが、各分割コイル４〜７の巻き数は単一コイルよりも少なくなるため、山も単一コイルに比べて小さくなる。その結果として、被加熱体１の縦方向（図１の左右方向）の温度分布もなだらかに均等化される。
【００２０】
実施例１では、図１の上下方向にのみ分割コイルを配列したが、更に多数の分割コイルに細分して前後左右に敷き詰め、より均等な温度分布を得ることが可能である。一方、実施例１では被加熱体の加熱コイルとの対向面は平面としたが、加熱コイルを分割することにより、円筒面や球面などの複雑な形状を持つ被加熱体に対しても分割コイルを容易に沿わせることができ、単一コイルを被加熱体に合わせて変形させるよりも加熱効率がよくなる。
【００２１】
上記した温度分布が均等な被加熱体は、焼き物調理加工、例えばお好み焼きの鉄板に応用すれば、鉄板を隅々まで均等に加熱できるので、調理品質が良好になるだけではなく、鉄板全体に多数個を載せて同時に調理することができる。また、被加熱体の表面が均等に加熱できることから、金属などの表面熱処理が均質化し、更に誘導加熱可能な金属部品などの洗浄後の直接乾燥や繊維、皮革製品、紙などを鉄板上に展開して加熱乾燥することが可能になる。一方、均等に加熱できることから、被加熱体の板厚が薄くても熱ひずみが起こり難いため、被加熱体を薄板にして軽量化を図ることができる。
【実施例２】
【００２２】
図２は、この発明の実施例２を示し、図２の（Ａ）は加熱装置の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は同じくＣ−Ｃ線に沿う断面図である。実施例２は実施例１において、中央部の２つの分割コイル５，６の接続を変えたものである。通常、被加熱体の中心部は、周囲に発生する熱が集まってくるため温度が上昇しやすくなる。この現象を軽減するためには、隣り合う分割コイル間で渦電流を干渉させ、中心部の加熱力を低下させるとよい。
【００２３】
実施例２はそのような例を示すもので、図２において、隣り合う分割コイル５，６は巻き始め同士及び巻き終わり同士が接続され、互いの電流方向が矢印で示すように同一にされている。これにより、分割コイル５と分割コイル６の中間で各々の渦電流が互いに打ち消しあい、図２（Ｂ）に一点鎖線で示すように、渦電流の中央の山の頂点が抑えられる。これにより、被加熱体１の中心部の発熱が減少し、周辺部からの熱の移動による過度の昇温が抑えられる。
【実施例３】
【００２４】
図３は、この発明の実施例３を示し、図３の（Ａ）は加熱装置の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。実施例３は、各分割コイルと被加熱体との距離を変えて被加熱体に対する加熱力の分布を変えるようにした例を示すものである。上記したように、被加熱体の中心部は温度が上昇しやすくなる。そこで、図３において、中央部の２つの分割コイル５，６はその両側の分割コイル４，７よりも被加熱体１からの距離が遠くなるように設置されている。分割コイル４，７は被加熱体１との距離が遠くなることにより、被加熱体１と鎖交する磁束密度が低下し、被加熱体１の中心部の昇温が抑えられる。
【実施例４】
【００２５】
図４はこの発明の実施例４を示す加熱装置の平面図で、図４の（Ａ）は加熱コイルの両端部を粗巻きにした場合、（Ｂ）は同じく密巻きにした場合である。巻線の曲率の大きい加熱コイルの端部は磁束が集中しやすいため、加熱力が高くなる傾向にある。この加熱力を抑えるためには、図４（Ａ）に示すように、端部２ａを粗巻きにして巻線の間隔を広げるとよい。これにより、加熱力が分散され、過度の昇温が抑えられる。一方、被加熱体の端部は熱の放散が多くなるため低温になる傾向があるが、その場合には図４（Ｂ）に示すように、逆に端部２ａを蜜巻きにして巻線の間隔を狭めることにより、加熱力を集中させて昇温を促すことができる。
【実施例５】
【００２６】
図５は、この発明の実施例５を示す加熱装置の側面図である。実施例５は、加熱コイル２の端部で加熱力を低下させる別の手段として、分割コイルの一部（端部）２ａを折り曲げた例を示すものである。図示の通り、端部２ａを折り曲げて被加熱体１から離すことにより、この部分で被加熱体１と鎖交する磁束密度を低下させ、図４（Ａ）の実施例と同様の作用で昇温を抑えることができる。
【実施例６】
【００２７】
図６は、この発明の実施例６を示し、図７の（Ａ）は加熱装置の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の一部拡大図である。加熱力を調整するために、分割コイルごとに被加熱体との距離を調整する際、分割コイルによっては被加熱体にきわめて接近する場合があり、その場合には被加熱体からの放射熱で通常のコイル絶縁では絶縁耐力が失われる危険性がある。そこで、図６の実施例６において、分割コイル４〜７には絶縁が施されない裸線（銅線）がそのまま使用されている。これらの分割コイル４〜７は、セラミックや陶磁器などの無機質高耐熱性の絶縁体８で保持され、図６（Ｃ）に示すように、絶縁体８を介してボルト９により被加熱体１に固定されている。裸線の使用により、通常のコイル絶縁では被加熱体１からの放射熱により絶縁耐力が損なわれるような近距離でも、加熱コイル２が損傷する心配がない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施例１を示し、（Ａ）は加熱装置の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は同じくＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図２】この発明の実施例２を示し、（Ａ）は加熱装置の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は同じくＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図３】この発明の実施例３を示し、（Ａ）は加熱装置の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】この発明の実施例４を示す加熱装置の平面図で、（Ａ）は加熱コイルの両端部を粗巻きにした場合、（Ｂ）は同じく密巻きにした場合である。
【図５】この発明の実施例５を示す加熱装置の側面図である。
【図６】この発明の実施例６を示し、（Ａ）は加熱装置の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の一部拡大図である。
【図７】従来の加熱装置を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は同じくＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    被加熱体
２    加熱コイル
３    電磁誘導電源
４〜７    分割コイル
８    絶縁体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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